用稀土富集物制稀土硅合金的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及属于稀土合金制备领域，具体涉及一种用稀土富集物制稀土硅合金的 工艺。
【背景技术】
[0002] 目前，稀土合金的生产方法主要有四种即：电热硅法、碳还原法熔盐电解法或兑混 法。
[0003] 以上诸法各有优劣，但普遍存在能耗、稀土回收率低、炉龄短或生产周期长等问 题，制约了稀土合金工业的发展。
[0004] 本发明人提出的专利申请，申请号为：01107843.x，申请时间为2001年2月28号， 名称为《在矿热炉制取高稀土铁合金的工艺及其产品》的专利申请，提出了第五种方法，第 五法的工艺合理，电位梯度选择较宽，炉龄延长至半年以上，稀土回收率在95 %以上，相对 成本低，但仍有不足。本发明人又于2004年11月17日取得发明专利《用稀土富集物制稀 土铈、稀土镧硅合金的工艺及其产品》，专利号：02110308. 9。对第五种专利做了有效改进。 但仍存在以下问题：
[0005] 1.对稀土富集物原料要求较高，选用范围窄，因而稀土娃合金的成本相对较高；
[0006] 2.粘合剂粘接度较低，造成团块强度不足，影响稀土收率，且炭制粘合剂对环境有 污染；
[0007] 3.该工艺所选用的原料限制其电位梯度，只能局限小炉型小规模生产，若照搬至 大炉型又会引起高温坩埚区上移炉底上涨的问题，炉龄短；
[0008] 4.该工艺稀土回收率低。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用稀土富集物制稀土硅合金的工 艺，对稀土富集物原料要求更广泛，稀土回收率高，电耗低，炉龄延长到25个月以上，产品 品质稳定。
[0010] 本发明所述的用稀土富集物制稀土娃合金的工艺，包括以下步骤：
[0011] ⑴制备焦化团块
[0012] 将稀土富集物、炭粉、植物粘合剂混匀，挤压成型制成团块，然后将团块入矿热炉 内，自焙焦化，在矿热炉内表层及沉料过程中，自焙焦化处理成焦化团块；
[0013] (2)制备稀土硅合金
[0014] 在焦化团块中加入硅石、气煤焦和炭，在矿热炉中冶炼；然后浇铸、破碎制得稀土 娃合金成品。
[0015] 其中：
[0016] 本发明所述的用稀土富集物制稀土硅合金的工艺对稀土富集物原料要求更广泛， 稀土富集物中的氧化稀土总含量40-99 %均可。
[0017] 本发明所用的原料为以下a、b、c三种中的一种：
[0018] a、步骤（1)中炭粉为兰炭粉，兰炭粉的要求为：固定碳>68%，挥发分13~18%， 灰分< 15%，水分< 5%，粒度彡5mm;
[0019] 步骤（2)中炭为兰炭，兰炭的要求为：固定碳含量> 80%，粒度5-18mm;挥发分> 9%，灰分< 10%，水分< 15%，粒度 5-18mm。
[0020] b、步骤（1)中炭粉为气煤焦或烟煤中的一种与兰炭粉按质量比为6-8:3混合， 其中：兰炭粉的要求为：固定碳>68%，挥发分13~18%，灰分< 15%，水分<5%，粒度 < 5mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 5%，粒度< 5mm;
[0021] 步骤（2)中炭为气煤焦或烟煤中的一种与兰炭按质量比为6-8:3混合，其中：兰炭 的要求为：固定碳含量>80%，粒度5-18mm;挥发分>9%，灰分< 10%，水分< 15%，粒度 5-18mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 15%，粒度5-18mm。
[0022] c、步骤（1)中炭粉为兰炭粉、烟煤和气煤焦按照质量比为：6-8:l. 5-2. 5:1混合， 其中：兰炭粉的要求为：固定碳>68%，挥发分13~18%，灰分< 15%，水分<5%，粒度 < 5mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 5%，粒度< 5mm;
[0023] 步骤（2)中炭为兰炭、烟煤和气煤焦按照质量比为：6-8:1. 5-2. 5:1混合，其中：兰 炭的要求为：固定碳含量>80%，粒度5-18mm;挥发分>9%，灰分< 10%，水分< 15%，粒 度5-18mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 15%，粒度5-18mm。
[0024] 当稀土富集物中的氧化稀土总含量：40%<氧化稀土总含量< 45%时，所用原料 优选c;
[0025] 当稀土富集物中的氧化稀土总含量：45%<氧化稀土总含量< 70%时，所用原料 优选b;
[0026] 当稀土富集物中的氧化稀土总含量：氧化稀土总含量多70%时，所用原料优选a。
[0027] 本发明在矿热炉内使用特殊的还原物质（步骤（1)中炭粉，步骤（2)中炭），使稀 土氧化物还原，从而有效的解决了稀土富集物及其他稀土废料无法利用的局面，废弃稀土 资源得以重新利用，减少废料对环境污染，使得稀土资源充分利用，同时降低了稀土硅合金 成本，稀土回收率彡96%。
[0028] 所用原料最优选c，当兰炭、烟煤和气煤焦混合使用时，能够增加气孔率、比表面 积，提高还原接触面，且性价比较高。
[0029] 步骤（1)将稀土富集物、炭粉、植物粘合剂混匀，挤压成型制成团块，然后将团块 入矿热炉内，在矿热炉内利用表层450 °C~950 °C温度，及煤的固有物化特性进行自焙焦 化，在矿热炉内表层及沉料过程中，自焙焦化处理成焦化团块。
[0030] 步骤（1)中炭粉的配碳量是稀土富集物中稀土氧化物全部转化为碳化物所需碳 量的2. 6~3. 8倍。
[0031] 步骤（1)中植物粘合剂选用植物淀粉，加入重量为焦化团块的5~20%。
[0032] 步骤（2)中炭的配碳量为理论用碳重量的0.85~0.93。
[0033] 步骤⑵中焦化团块中稀土金属的含量与硅石中硅的含量的重量比为1:0. 5~ 1. 0〇
[0034] 步骤⑵中矿热炉供电系统条件为：电位梯度0. 9~1. 25V/cm，一次侧电流100~ 180A，二次侧电压70~140V;2. 5~3h出合金一次。
[0035] 步骤（2)中破碎是根据客户要求和实际需要进行粒径的选择，没有特殊要求。
[0036] 所用的稀土富集物原料指标：CeO和LaO总质量为40~99%，粒度彡5mm;BaO < 5%，CaO< 5%，TiO< 1% ;其中：CeO/REO0 ~99%，LaO/REO0 ~99%。
[0037] 所用的稀土富集物为含有稀土的物质，如稀土湿法冶金的富集物、稀土抛光粉废 料、精矿、氧化物矿等。
[0038] 制备得到的稀土硅合金的重量百分组成为：Ce和La总质量为10~45%，Si35~ 68%，A1 < 1.5%，Ba+Ca< 5%，Ti< 0.5%，Fe余量；其中：Ce/RE0 ~99%，La/RE0 ~ 99%〇
[0039] 当制备得到的稀土娃合金中Ce含量较多时为稀土铺富集物；当制备得到的稀土 硅合金中La含量较多时为稀土镧富集物。
[0040] 综上所述，本发明具有以下优点：
[0041] (1)选用植物淀粉作为粘合剂，减少对环境的污染，改善团块强度，提高稀土的收 率。
[0042] (2)在矿热炉内利用炉表层450~950°C余热及煤的固有物化特性进行自焙焦化， 稀土焦化团块无需在炉外处理，工艺简便，周期较短。
[0043] (3)采用稀土湿法冶金的富集物及其他稀土废料，在矿热炉内使用特殊的还原物 质（步骤（1)中炭粉，步骤（2)中炭），使稀土氧化物还原，从而有效的解决了稀土富集物及 其他稀土废料无法利用的局面，废弃稀土资源得以重新利用，减少废料对环境污染，使得稀 土资源充分利用，同时降低了稀土硅合金成本，稀土回收率彡96%。
[0044] (4)电位梯度是对应规模化大炉型条件设定，稀土富集物与炭粉挤压成型，并在炉 内自焙焦化，配入娃石，选用炭为还原剂，稀土回收率彡96%，电耗降低到8000~9000kwh/t，炉龄延长到25个月以上，产品品质稳定。
[0045] (5)本发明将稀土富集物、炭粉、植物粘合剂制成团块后入矿热炉内自焙焦化，自 450°C焦化开始750°C结束；焦化过程是利用煤的固有物化特性，排出挥发分，形成焦化团 块，刚性随炉料沉降得以增强。在自焙焦化中，煤中有机质充分挥发，产生了大量微孔，增 大了展比面积，碳与稀土富集物充分接触，形成了独特的焦化骨架，比电阻增大，因团块中 的碳严重过剩，炉料中碳不足，炉料沉降减慢，电极易深插，确保温区的建立；冶炼不同合金 时，施加不同的电场强度和功率密度，有效的控制冶炼所需温度，加速了高熔点产物的形成 与转化，从而有效的抑制了炉底的上涨，炉龄延长，电耗降低，提了有效元素的回收率，改进 了广品品质。
[0046] (6)本工艺研制的稀土娃合金是采用稀土富集物来生产，稀土铺娃合金、稀土镧娃 合金根据需求可有效调整铈及镧在合金中的配分，因合金中硅含量在38~68%，铁含量为 余量，可铸锭用来代替价格昂贵的混合稀土金属及单一稀土金属，适应了有色、黑色冶金及 铸造业不同的需求，因大量采用稀土富集物作原料，降低了稀土合金使用成本，推动了稀土 工业的发展。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0048] 实施例中步骤（1)所用的兰炭粉的要求为：固定碳> 68%，挥发分13-18%，灰分 < 15%，水分< 5%，粒度< 5mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 5%，粒度< 5mm。
[0049] 步骤⑵中兰炭的要求为：固定碳含量> 80%，粒度5-18mm;挥发分> 9%，灰分 < 10%，水分< 15%，粒度5-18mm;气煤焦、烟煤的要求为：水分< 15%，粒度5-18mm。
[0050] 实施例1
[0051] 用稀土富集物制稀土硅合金（8000KVA矿热炉制取SiRE30)的工艺，包括以下步 骤：
[0052] (1)制备焦化团块
[0053] 将稀土富集物（稀土富集物中的CeO和LaO总质量为40%，CeO/REO65%;粒度 彡5mm;BaO< 5%，CaO< 5%，TiO< 1% )、炭粉、植物淀粉混匀，挤压成型制成团